鋰離子電池及前沿鈉離子電池介紹
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-07 22:19
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一、鋰離子電池
是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。
（1）正極——活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動(dòng)自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電集流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。
?。?）隔膜——一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過(guò)，而電子不能通過(guò)。
?。?）負(fù)極——活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
（4）有機(jī)電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。
?。?）電池外殼——分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。
二、鋰離子電池工作原理
鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。
一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時(shí)電池發(fā)熱也越大。而且，過(guò)大的電流充電，容量不夠滿，因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)需要時(shí)間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會(huì)產(chǎn)生泡沫，反而不滿。
三、金屬鋰電池
鋰電池是用金屬鋰作為電極的一種儲(chǔ)能電池，比能量極高，早期分為一次性電池和可充電鋰電池，但在可充電鋰電池發(fā)生事故以后，民用市場(chǎng)上已經(jīng)很少見得到可充電鋰電池。鋰離子充電電池實(shí)際上是利用鋰離子的濃度差進(jìn)行儲(chǔ)能和放電，電池中不存在金屬鋰。
金屬鋰電池跟普通干電池的原理一樣，它是用金屬鋰作為電極，通過(guò)金屬鋰的腐蝕或叫氧化來(lái)產(chǎn)生電能的，用完就廢了，不能充電。
四、鋰離子電池缺點(diǎn)
衰老
與其它充電電池不同，鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退，與使用次數(shù)有關(guān)，也與溫度有關(guān)。這種衰退的現(xiàn)象可以用容量減小表示，也可以用內(nèi)阻升高表示。
回收率
大約有1%的出廠新品因種種原因需要回收。
不耐受過(guò)充
過(guò)充電時(shí)，過(guò)量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中，無(wú)法再釋放，可導(dǎo)致電池壽命短。
不耐受過(guò)放
過(guò)放電時(shí)，電極脫嵌過(guò)多鋰離子，可導(dǎo)致晶格坍塌，從而縮短壽命。
五、金屬鋰電池和鋰離子電池區(qū)別
最主要的區(qū)別是金屬鋰電池是一次性電池，鋰離子電池是可充電循環(huán)電池！金屬鋰電池跟普通干電池的原理一樣，它是用金屬鋰作為電極，通過(guò)金屬鋰的腐蝕或叫氧化來(lái)產(chǎn)生電能的，用完就廢了，不能充電；鋰離子電池一般用鈷酸鋰做正極，碳做負(fù)極，中間填充電解液以形成離子游離的通道，用隔膜來(lái)分離正負(fù)極防止短路。當(dāng)充電時(shí)由于電場(chǎng)作用鋰離子從鈷酸鋰中游出，游離在電液中穿過(guò)隔膜中的孔隙，到達(dá)負(fù)極與碳反應(yīng)生成碳化鋰；放電過(guò)程與此相反，鋰離子又回到正極，這就是鋰離子電池的充放電過(guò)程。
六、關(guān)于電池的幾個(gè)概念
1、集流體
顧名思義就是指匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件，在鋰離子電池上主要指的是金屬箔，如銅箔、鋁箔。泛指也可以包括極耳。其功用主要是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái)以便形成較大的電流對(duì)外輸出，因此集流體應(yīng)與活性物質(zhì)充分接觸，并且內(nèi)阻應(yīng)盡可能小為佳。
2、非水電解液材料
混合溶劑的各項(xiàng)性質(zhì)均優(yōu)于單一溶劑，以EC:PC（1:1）最為突出，而NaClO4/NaPF6-EC:PC（1:1）電解質(zhì)體系在各項(xiàng)測(cè)試中都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。作為一種有效的鋰離子電池電解液添加劑，氟代碳酸乙烯酯（FEC）也被證實(shí)作為鈉離子電池非水電解液的添加劑能夠有效地獲得提升的電池電化學(xué)性能。
